納米晶構(gòu)筑介孔過渡金屬氧化物的合成與表征.pdf

1、金屬氧化物廣泛應(yīng)用于制作催化劑、精細陶瓷、磁性材料、熒光材料及紅外吸收材料等領(lǐng)域。過渡金屬氧化物由于過渡金屬原子存在著不同的氧化態(tài),具有比硅鋁材料優(yōu)異的電磁、光電以及催化等性能,特別在固體催化、光催化、擇形分離、微型電磁裝置、光致變色材料、電極材料、信息儲存等領(lǐng)域存在誘人的應(yīng)用前景。金屬氧化物納米材料既不同于體塊材料,也不同于單個的原子。其特殊的結(jié)構(gòu)層次使它具有表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)等,擁有一系列新穎的物理和化學(xué)特性。

2、 但金屬氧化物納米顆粒在制備及其應(yīng)用過程中,存在以下問題：一、容易發(fā)生團聚；二、使用過程中容易長大,逐漸失去納米顆粒的特性等。針對以上問題,本論文設(shè)想用納米顆粒構(gòu)筑成多孔材料,則既可保持納米顆粒的優(yōu)越物理和化學(xué)特性,同時又具有多孔材料所具有的大比表面、高透氣性等優(yōu)點。論文中選擇系列過渡金屬有機酸鹽為前驅(qū)體,通過煅燒處理,制備了由納米晶構(gòu)筑、具有較大比表面的多孔過渡金屬氧化物。采用SEM、XRD、TEM、TG-DTA、UV、IR、粒度分析

3、等現(xiàn)代分析測試手段,對材料的微觀結(jié)構(gòu)、物相、物理性質(zhì)等進行表征。用N2吸附-脫附方法對材料多孔性表征。初步探討了以草酸鹽為前驅(qū)體制備多孔性氧化物的孔結(jié)構(gòu)形成機理。 研究發(fā)現(xiàn),在常溫常壓水溶液中制各了不同形貌草酸銅前驅(qū)體,不同銅源、溶劑組成等是影響草酸銅形貌的主要因素。通過煅燒工藝處理,可制得單分散、高比表面的介孔氧化銅。其最高比表面達295 m2/g。紫外吸收光譜法測得納米晶構(gòu)筑的多孔氧化銅具有催化活性。 CuO/ZnO

4、/Al2O3系催化劑在催化合成甲醇領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,CuO/ZnO催化劑則常常作為理解催化過程的簡易模型。利用草酸鹽沉淀法制備了單分散的、由納米晶構(gòu)筑、鋅摻雜的氧化銅。發(fā)現(xiàn)煅燒溫度對摻鋅氧化銅的形貌影響較大。當(dāng)升溫速率較慢時,鋅在氧化銅基質(zhì)中呈分散狀態(tài)：當(dāng)升溫速率較快時,鋅在氧化銅基質(zhì)中聚集,自成一相,根據(jù)摻鋅量的不同,形成氧化銅顆粒表面的納米絲或納米帶。氧化鋅是當(dāng)前研究十分活躍的無機功能材料之一。也是低壓甲醇合成所用催化劑的重要組分。采

5、用以溶劑熱法合成的一維棒狀草酸鋅為前體,通過煅燒制備了由納米晶構(gòu)筑、具有介孔結(jié)構(gòu)的一維穗狀氧化鋅,且熒光光譜分析表明氧化鋅納米晶粒具有不同的缺陷結(jié)構(gòu)。 錳氧化物具有獨特的磁性、傳輸性能,在高頻高磁感應(yīng)材料、新型陶瓷材料、電子元件、傳感器、催化劑、高能二次電池電極以及高溫超導(dǎo)材料等高新技術(shù)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。采用不同溶劑體系調(diào)控草酸錳前驅(qū)體結(jié)晶,發(fā)現(xiàn)與水互溶的有機-水溶劑體系對草酸錳具有顯著的晶相、形貌調(diào)控作用。草酸錳結(jié)晶體形

6、成過程中晶相的選擇和形貌的形成與所用有機溶劑性質(zhì)和結(jié)構(gòu)有關(guān)。在乙醇-水體系中合成的正交二水草酸錳煅燒后得到了新穎的柱狀多孔納米組裝體,而水體系產(chǎn)物則無此微觀結(jié)構(gòu)。說明草酸鹽多孔結(jié)構(gòu)的形成不僅與煅燒條件有關(guān),與草酸鹽分子中各配位離子的鏈接方式也有關(guān)。 在對以草酸銅、草酸鋅、草酸錳制備介孔金屬氧化物研究的基礎(chǔ)上,對過渡金屬系草酸鹽多孔結(jié)構(gòu)的形成做了進一步探討。認為納米孔洞的孔體積與納米顆粒的尺寸有關(guān),只有納米顆粒過小,也不利于納米晶